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JPH0640589B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

Info

Publication number
JPH0640589B2
JPH0640589B2 JP62060395A JP6039587A JPH0640589B2 JP H0640589 B2 JPH0640589 B2 JP H0640589B2 JP 62060395 A JP62060395 A JP 62060395A JP 6039587 A JP6039587 A JP 6039587A JP H0640589 B2 JPH0640589 B2 JP H0640589B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
diffusion layer
potential
insulating film
conductivity type
Prior art date
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Application number
JP62060395A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63226966A (en
Inventor
寿実夫 田中
滋 渥美
健二 柴田
晃一 神崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP62060395A priority Critical patent/JPH0640589B2/en
Priority to KR1019880002763A priority patent/KR910004321B1/en
Publication of JPS63226966A publication Critical patent/JPS63226966A/en
Priority to US07/394,278 priority patent/US4912534A/en
Publication of JPH0640589B2 publication Critical patent/JPH0640589B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/68Floating-gate IGFETs
    • H10D30/681Floating-gate IGFETs having only two programming levels
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/68Floating-gate IGFETs
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/04Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
    • G11C16/0408Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells containing floating gate transistors
    • G11C16/0441Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells containing floating gate transistors comprising cells containing multiple floating gate devices, e.g. separate read-and-write FAMOS transistors with connected floating gates

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は不揮発性半導体記憶装置に係り、特に電気的
にデータの書換えが可能なプログラマブルROMに関す
る。
The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device, and more particularly to a programmable ROM capable of electrically rewriting data.

(従来の技術) 電気的にデータの書換えが可能なプログラマブルRO
M、いわゆるEPROM(Electrically Erasable
and Programmable ROM)で使用されるメモリセル
は、従来、第5図に示すような断面構造にされている。
このメモリセルは、いわゆる3層ポリシリコン構造を有
し、アスペリティもしくはテクスチュア構造上のトンネ
ル電流による電子の放出を利用するものである。
(Prior Art) Programmable RO that can electrically rewrite data
M, so-called E 2 PROM (Electrically Erasable)
A memory cell used in an And Programmable ROM) has a cross sectional structure as shown in FIG.
This memory cell has a so-called three-layer polysilicon structure and utilizes the emission of electrons due to a tunnel current on the asperity or texture structure.

80は例えばP型の半導体基板であり、81はソース領域と
なるN型の拡散層である。この拡散層81上には絶縁膜を
介して第1層目の多結晶シリコン層からなる第1電極82
が設けられている。さらに、この第1電極82上には絶縁
膜を介して第2層目の多結晶シリコン層からなる第2電
極83が設けられている。この第2電極83は、絶縁膜を介
して上記拡散層81上にも延在して設けられている。な
お、この第2電極83は電気的に浮遊状態にされている。
さらに、上記第2電極83上には絶縁膜を介して第3層目
の多結晶シリコン層からなる第3電極84が設けられてい
る。また、第1電極82及び第2電極83それぞれの上面は
アスペリティもしくはテクスチュア構造にされている。
ここで第2電極83は浮遊ゲート電極、第3電極84は制御
電極として使用される。
Reference numeral 80 is, for example, a P-type semiconductor substrate, and 81 is an N-type diffusion layer serving as a source region. A first electrode 82 made of a first-layer polycrystalline silicon layer is formed on the diffusion layer 81 via an insulating film.
Is provided. Further, a second electrode 83 made of a second-layer polycrystalline silicon layer is provided on the first electrode 82 via an insulating film. The second electrode 83 is also provided on the diffusion layer 81 via an insulating film. The second electrode 83 is in an electrically floating state.
Further, a third electrode 84 made of a third-layer polycrystalline silicon layer is provided on the second electrode 83 via an insulating film. The upper surfaces of the first electrode 82 and the second electrode 83 have an asperity or texture structure.
Here, the second electrode 83 is used as a floating gate electrode and the third electrode 84 is used as a control electrode.

いま、第3電極84が高電位Vpp、例えば+20Vに、
第1電極82がグランド電位GND(0V)に、かつ拡散
層81もグランド電位GNDにそれぞれ設定されていると
きは、第3電極84と第2電極83、第2電極83と第1電極
82、第2電極83と拡散層81それぞれの間の容量結合によ
り、浮遊状態にされている第2電極83の電位が比較的低
い電位にされる。これにより、第2電極83に予め電子が
注入されているとするならば、この第2電極83から第3
電極84に対して電子が放出され、消去が行われる。
Now, the third electrode 84 is at a high potential Vpp, for example + 20V,
When the first electrode 82 is set to the ground potential GND (0V) and the diffusion layer 81 is set to the ground potential GND, respectively, the third electrode 84 and the second electrode 83, the second electrode 83 and the first electrode
The potential of the second electrode 83 in the floating state is set to a relatively low potential due to the capacitive coupling between the second electrode 83 and the diffusion layer 81. As a result, if electrons are injected into the second electrode 83 in advance, the second electrode 83 to the third electrode
Electrons are emitted to the electrode 84 to erase it.

他方、第3電極84が高電位Vppに、第1電極82がグラ
ンド電位GNDにされ、拡散層81が高電位Vppに設定
されるときは、第2電極83の電位は比較的高い電位にさ
れる。これにより、第1電極82から第2電極83に対して
電子が注入され、書込みが行われる。
On the other hand, when the third electrode 84 is set to the high potential Vpp, the first electrode 82 is set to the ground potential GND, and the diffusion layer 81 is set to the high potential Vpp, the potential of the second electrode 83 is set to a relatively high potential. It As a result, electrons are injected from the first electrode 82 to the second electrode 83, and writing is performed.

ここで、第2電極83は電気的に浮遊状態にされているの
で、消去が行われない限り、いったん注入された電子は
そのまま蓄積され続ける。すなわち、第5図のような構
造のメモリセルは不揮発特性を有している。
Here, since the second electrode 83 is in an electrically floating state, the injected electrons continue to be stored as they are unless erase is performed. That is, the memory cell having the structure shown in FIG. 5 has a non-volatile characteristic.

第6図は上記のような構造のメモリセルを用いて、実際
にメモリセルアレイを構成した場合の概略的な回路図で
ある。図中、90はそれぞれメモリセルであり、これらの
メモリセルアレイは説明の都合上、3行×3列のマトリ
クスで示してある。91はそれぞれ同一行に配置された各
3個のメモリセルの共通の第3電極配線であり、92はそ
れぞれ同一行に配置された各3個のメモリセルの共通の
ソース配線であり、さらに93はそれぞれ同一列に配置さ
れた各3個のメモリセルの共通の第1電極配線である。
FIG. 6 is a schematic circuit diagram when a memory cell array is actually formed by using the memory cells having the above structure. In the figure, 90 are memory cells, and these memory cell arrays are shown in a matrix of 3 rows × 3 columns for convenience of explanation. Reference numeral 91 is a common third electrode wiring of each of the three memory cells arranged in the same row, 92 is a common source wiring of each of the three memory cells arranged in the same row, and 93 Is a common first electrode wiring of each of the three memory cells arranged in the same column.

ここで、前記第5図のメモリセルを使用したメモリセル
アレイの最大の問題点は、選択セル以外に半選択状態に
されるメモリセルが発生するということである。例え
ば、いま一つのメモリセル90Aを選択するために第1電
極配線93Bのみが“L”に、残りの第1電極配線93A及
び93Cが共に“H”にされ、かつ第3電極配線91Bのみ
が“H”に、残りの第3電極配線91A及び91Cが共に
“L”に設定される。このとき、メモリセル90Bについ
ては、第1電極配線93と第3電極配線91が共に“H”に
されるため、ソース配線92の電位によっては第2電極か
ら電子の放出がわずかに行われる。すなわち、このメモ
リセル90Bは半選択状態にされる。また、メモリセル90
Cについては、第1電極配線93と第3電極配線91が共に
“L”にされるため、ソース配線92の電位によっては第
2電極に対して電子の注入がわずかに行われる。すなわ
ち、このメモリセル90Cは半選択状態にされる。
Here, the biggest problem of the memory cell array using the memory cell of FIG. 5 is that some memory cells other than the selected cell are brought into a semi-selected state. For example, in order to select another memory cell 90A, only the first electrode wiring 93B is set to "L", the remaining first electrode wirings 93A and 93C are both set to "H", and only the third electrode wiring 91B is set. The remaining third electrode wirings 91A and 91C are both set to "L" to "L". At this time, in the memory cell 90B, since the first electrode wiring 93 and the third electrode wiring 91 are both set to "H", electrons are slightly emitted from the second electrode depending on the potential of the source wiring 92. That is, this memory cell 90B is brought into a half-selected state. Also, the memory cell 90
Regarding C, since the first electrode wiring 93 and the third electrode wiring 91 are both set to “L”, electrons are slightly injected into the second electrode depending on the potential of the source wiring 92. That is, this memory cell 90C is brought into a half-selected state.

従来では、このような半選択状態のメモリセルが発生す
るため、長期間の使用による消去及び書込みサイクルが
繰返し行われることにより、非選択セルにおけるデータ
破壊が生じ、信頼性が低下するという問題がある。
Conventionally, since a memory cell in such a half-selected state is generated, there is a problem that data destruction in a non-selected cell occurs due to repeated erasing and writing cycles due to long-term use, which lowers reliability. is there.

(発明が解決しようとする問題点) このように従来ではメモリセルアレイを構成した場合に
半選択状態にされるセルが発生し、これが記憶装置とし
ての信頼性を低下させる要因となっている。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional case, when a memory cell array is configured, some cells are brought into a semi-selected state, which is a factor that reduces reliability as a memory device.

この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
あり、その目的は、半選択状態にされるセルをなくすこ
とにより、信頼性の向上を図ることができる不揮発性半
導体記憶装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide a non-volatile semiconductor memory device capable of improving reliability by eliminating cells in a semi-selected state. To do.

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明の不揮発性半導体記憶装置は、第1導電型の半
導体基板と、上記基板内に形成された第2導電型の第1
拡散層と、上記第1拡散層と所定の距離を隔てて形成さ
れ、プログラム用電位が供給される第2導電型の第2拡
散層と、上記基板内に形成され、基準電位が供給される
第2導電型の第3拡散層と、上記第3拡散層と所定の距
離を隔てて形成された第2導電型の第4拡散層と、上記
第4拡散層と所定の距離を隔てて形成され、読出し用電
位が供給される第2導電型の第5拡散層と、上記第1拡
散層と重なるように絶縁膜を介して設けられ、かつ一部
が上記第3、第4拡散層相互間に位置するように延長さ
れ、電気的に浮遊状態に設定された第1電極と、上記第
1電極及び第1拡散層それぞれと重なるように絶縁膜を
介して設けられ、上記第3拡散層と接続された第2電極
と、上記第1電極と重なるように絶縁膜を介して設けら
れた第3電極と、上記第1、第2拡散層相互間のチャネ
ル領域上及び上記第4、第5拡散層相互間のチャネル領
域上に連続して絶縁膜を介して設けられた第4電極とか
ら構成されている。
[Structure of the Invention] (Means for Solving Problems) A nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a first conductivity type first substrate formed in the substrate.
A diffusion layer, a second diffusion layer of the second conductivity type formed at a predetermined distance from the first diffusion layer and supplied with a programming potential, and formed in the substrate and supplied with a reference potential. A third diffusion layer of the second conductivity type, a fourth diffusion layer of the second conductivity type formed at a predetermined distance from the third diffusion layer, and a fourth diffusion layer at a predetermined distance from the fourth diffusion layer. And a fifth diffusion layer of the second conductivity type, to which a reading potential is supplied, and an insulating film so as to overlap the first diffusion layer, and a part of the third diffusion layer and the fourth diffusion layer. The third diffusion layer is provided so as to overlap with the first electrode that is extended to be located between the first electrode and is set in an electrically floating state, and the first electrode and the first diffusion layer, respectively. A second electrode connected to the first electrode, and a third electrode provided via an insulating film so as to overlap the first electrode, Note that the fourth electrode is continuously provided on the channel region between the first and second diffusion layers and on the channel region between the fourth and fifth diffusion layers with an insulating film interposed therebetween. .

(作用) この発明の不揮発性半導体記憶装置では、第4電極の信
号に応じて、第1拡散層をプログラム用電位から切り離
すことができるようにしたものである。
(Operation) In the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the first diffusion layer can be separated from the programming potential in accordance with the signal of the fourth electrode.

(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図はこの発明の不揮発性半導体記憶装置で使用され
るメモリセルの構成を示すパターン平面図であり、第2
図はそのA−A′線に沿った断面図である。
FIG. 1 is a pattern plan view showing the structure of a memory cell used in the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.
The drawing is a sectional view taken along the line AA '.

図において、10はP型の基板であり、この基板10にはN
型の拡散層11,12,13,14及び15がそれぞれ分離して形
成されている。ここで、拡散層12にはプログラム用電位
が供給されるようになっており、拡散層13には基準電位
すなわちグランド電位が常時供給されるようになってお
り、さらに拡散層15には読出し用電位が供給されるよう
になっている。
In the figure, 10 is a P-type substrate, and this substrate 10 has N
Diffusion layers 11, 12, 13, 14 and 15 of the mold are separately formed. Here, the programming potential is supplied to the diffusion layer 12, the reference potential, that is, the ground potential is constantly supplied to the diffusion layer 13, and the diffusion layer 15 is used for reading. The electric potential is supplied.

上記拡散層11上には絶縁膜16を介して、第1層目の多結
晶シリコン層で構成された第2電極17が設けられてい
る。この第2電極17はダイレクト・コンタクト部18を介
して、常時グランド電位に設定された拡散層13と接続さ
れている。さらに、上記拡散層11上には上記絶縁膜16を
介して、第2層目の多結晶シリコン層で構成された第1
電極19が設けられている。この第1電極19は絶縁膜20を
介して上記第2電極17を覆うと共に、さらに上記拡散層
13と14との間の基板表面に設定されたチャネル領域上に
設けられた絶縁膜16を覆うように延長されている。この
第1電極19は電気的に浮遊状態に設定されている。
A second electrode 17 formed of a first-layer polycrystalline silicon layer is provided on the diffusion layer 11 via an insulating film 16. The second electrode 17 is connected via the direct contact portion 18 to the diffusion layer 13 which is always set to the ground potential. Further, a first polycrystalline silicon layer of a second layer is formed on the diffusion layer 11 with the insulating film 16 interposed therebetween.
An electrode 19 is provided. The first electrode 19 covers the second electrode 17 through the insulating film 20, and further the diffusion layer is formed.
It extends so as to cover the insulating film 16 provided on the channel region set on the substrate surface between 13 and 14. The first electrode 19 is set in an electrically floating state.

上記第1電極19上には絶縁膜21を介して、第3層目の多
結晶シリコン層で構成された第3電極22が設けられてい
る。
A third electrode 22 composed of a third-layer polycrystalline silicon layer is provided on the first electrode 19 via an insulating film 21.

また、上記拡散層11と12との間の基板表面に設定された
チャネル領域上に設けられた絶縁膜(図示せず)及び拡
散層14と15との間の基板表面に設定されたチャネル領域
上に設けられた絶縁膜(図示せず)を連続して覆うよう
に、第3層目の多結晶シリコン層で構成された第4電極
23が設けられている。また、第1電極19及び第2電極17
それぞれの上面はアスペリティもしくはテクスチュア構
造にされている。
Also, an insulating film (not shown) provided on the channel region set on the substrate surface between the diffusion layers 11 and 12 and a channel region set on the substrate surface between the diffusion layers 14 and 15 A fourth electrode composed of a third-layer polycrystalline silicon layer so as to continuously cover an insulating film (not shown) provided above.
23 are provided. In addition, the first electrode 19 and the second electrode 17
The top surface of each is either asperity or textured.

第3図は上記構成でなるメモリセルの等価回路図であ
る。ここで、31は消去/書込み用素子、32はこの消去/
書込み用素子31を選択する選択用トランジスタ、33は消
去/書込み用素子31の記憶データが与えられるデータ読
出し用トランジスタ、34はこのデータ読出し用トランジ
スタ33を選択する選択用トランジスタ、35は制御電極、
36は選択電極である。そして、選択用トランジスタ32と
消去/書込み用素子31とはプログラム用電位E/Wとグ
ランド電位GNDとの間に直列接続され、選択用トラン
ジスタ34とデータ読出し用トランジスタ33とは読出し用
電位Rとグランド電位GNDとの間に直列接続されてい
る。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the memory cell having the above configuration. Here, 31 is an erasing / writing element, 32 is this erasing / writing element.
A selection transistor for selecting the writing element 31, a data reading transistor 33 to which the storage data of the erasing / writing element 31 is given, a selection transistor 34 for selecting the data reading transistor 33, a control electrode 35,
36 is a selection electrode. The selecting transistor 32 and the erasing / writing element 31 are connected in series between the programming potential E / W and the ground potential GND, and the selecting transistor 34 and the data reading transistor 33 are connected to the reading potential R. It is connected in series with the ground potential GND.

上記消去/書込み用素子31は、前記拡散層11をドレイ
ン、第1電極19を浮遊ゲート電極、第3電極22を制御電
極として構成されている。ここで、この素子31の浮遊ゲ
ート電極とドレインとの間に接続されている容量は、拡
散層11と第1電極19とが互いに重なり合っている領域に
おけるものである。選択用トランジスタ32は、前記拡散
層11をソース、拡散層12をドレイン、第4電極23をゲー
ト電極として構成されている。データ読出し用トランジ
スタ33は、拡散層13をソース、拡散層14をドレイン、第
1電極19を浮遊ゲート電極、第3電極22を制御ゲート電
極とする浮遊ゲート型トランジスタとして構成されてい
る。選択用トランジスタ34は、拡散層14をソース、拡散
層15をドレイン、第4電極23をゲート電極として構成さ
れている。
The erasing / writing element 31 has the diffusion layer 11 as a drain, the first electrode 19 as a floating gate electrode, and the third electrode 22 as a control electrode. Here, the capacitance connected between the floating gate electrode and the drain of this element 31 is in the region where the diffusion layer 11 and the first electrode 19 overlap each other. The selection transistor 32 is configured with the diffusion layer 11 as a source, the diffusion layer 12 as a drain, and the fourth electrode 23 as a gate electrode. The data reading transistor 33 is configured as a floating gate type transistor in which the diffusion layer 13 is the source, the diffusion layer 14 is the drain, the first electrode 19 is the floating gate electrode, and the third electrode 22 is the control gate electrode. The selection transistor 34 includes the diffusion layer 14 as a source, the diffusion layer 15 as a drain, and the fourth electrode 23 as a gate electrode.

このようなメモリセルをプログラムするために選択する
ときは、選択電極36及び制御電極35に共に+20V程度
の高電位Vppが供給され、選択用トランジスタ32のド
レインにプログラム用電位E/Wが供給される。選択電
極36が高電位Vppに設定されることによって選択用ト
ランジスタ32がオン状態となり、プログラム用電位E/
Wが消去/書込み用素子31のドレインに印加される。
When selecting such a memory cell for programming, a high potential Vpp of about +20 V is supplied to both the selection electrode 36 and the control electrode 35, and a programming potential E / W is supplied to the drain of the selection transistor 32. It When the selection electrode 36 is set to the high potential Vpp, the selection transistor 32 is turned on, and the programming potential E /
W is applied to the drain of the erase / write element 31.

ここで、選択されたメモリセルでデータ消去を行なう場
合には、プログラム用電位E/Wとしてグランド電位が
供給される。第2電源17(第1図に図示)は常時グラン
ド電位に設定されているので、消去/書込み用素子31で
は、第3電極22と第1電極19、第2電極17と第1電極1
9、第2電極19と拡散層11それぞれの間の容量結合によ
り、浮遊状態にされている第2電極19の電位が比較的低
い電位にされる。これにより、第2電極19に予め電子が
注入されているとするならば、この第2電極19から第3
電極22に対して電子が放出され、消去が行われる。
Here, when erasing data in the selected memory cell, the ground potential is supplied as the programming potential E / W. Since the second power source 17 (shown in FIG. 1) is always set to the ground potential, in the erasing / writing element 31, the third electrode 22 and the first electrode 19, the second electrode 17 and the first electrode 1 are used.
9. The capacitive coupling between the second electrode 19 and the diffusion layer 11 makes the potential of the second electrode 19 in a floating state relatively low. Accordingly, if electrons are injected into the second electrode 19 in advance, the second electrode 19 to the third electrode
Electrons are emitted to the electrode 22 and erased.

データの書込みを行なう場合には、プログラム用電位E
/Wとして高電位Vppが供給される。このときは消去
/書込み用素子31のドレインにはほぼVppに近い電位
が印加されるため、第2電極19の電位は比較的高い電位
にされる。これにより、第1電極17から第2電極19に対
して電子が注入され、書込みが行われる。
When writing data, program potential E
The high potential Vpp is supplied as / W. At this time, since a potential close to Vpp is applied to the drain of the erasing / writing element 31, the potential of the second electrode 19 is set to a relatively high potential. As a result, electrons are injected from the first electrode 17 to the second electrode 19, and writing is performed.

ここで、第2電極19は電気的に浮遊状態にされているの
で、消去が行われない限り、いったん注入された電子は
第2電極19にそのまま蓄積され続ける。すなわち、この
メモリセルは不揮発特性を持つ。
Here, since the second electrode 19 is in an electrically floating state, electrons that have been once injected continue to be stored in the second electrode 19 as they are unless erase is performed. That is, this memory cell has a non-volatile characteristic.

他方、上記プログラム時に、選択されないメモリセルで
は選択電極36及び制御電極35が共にグランド電位に設定
される。このため、選択用トランジスタ32がオフ状態と
なり、プログラム用電位E/Wはその消去/書込み素子
31のドレインには印加されない。ここで、グランド電位
に設定された第2電極17はその一部が絶縁膜16を介して
拡散層11と重なっているため、消去/書込み素子31のド
レインはほぼグランド電位に設定される。従って、選択
されないメモリセルの消去/書込み用素子31では、第2
電極19、第3電極22及び拡散層11が全てグランド電位に
設定され、第1電極19からの電子の放出並びに第1電極
19に対する電子の注入は全く行われない。
On the other hand, at the time of the above programming, in the memory cell which is not selected, both the selection electrode 36 and the control electrode 35 are set to the ground potential. Therefore, the selection transistor 32 is turned off, and the programming potential E / W is set to the erase / write element.
It is not applied to the drain of 31. Here, since the second electrode 17 set to the ground potential partially overlaps the diffusion layer 11 via the insulating film 16, the drain of the erasing / writing element 31 is set to almost the ground potential. Therefore, in the erase / write element 31 of the unselected memory cell, the second
The electrode 19, the third electrode 22, and the diffusion layer 11 are all set to the ground potential, and the emission of electrons from the first electrode 19 and the first electrode
No electrons are injected into 19.

上記メモリセルにおけるデータの読出し動作は、選択電
極36及び制御電極35が共に+5Vの電位に設定され、選
択用トランジスタ34のドレインに+5Vの読出し用電位
Rが供給される。選択電極36が+5Vの電位に設定され
ることによって選択用トランジスタ34がオン状態とな
り、+5Vの読出し用電位Rがデータ読出し用トランジ
スタ33のドレインに印加される。ここで、このトランジ
スタ33の浮遊ゲート電極は消去/書込み用素子21と共通
にされている。このため、予めこの浮遊ゲート電極(第
2電極19)に電子が注入されていればその閾値電圧は5
V以上の高い値にされており、浮遊ゲート電極から電子
が放出されていればその閾値電圧は5V以下の低い値に
されている。そして、制御電極35に+5Vの電位が印加
されたとき、トランジスタ33の浮遊ゲート電極の電子注
入状態に応じてこのトランジスタ33がオン、もしくはオ
フ状態にされる。トランジスタ33がオン状態のときには
ドレインに印加されている+5Vの読出し用電位Rがグ
ランド電位に放電され、トランジスタ33がオフ状態のと
きにはドレインに印加されている+5Vの読出し用電位
Rがそのまま保持される。
In the data read operation in the memory cell, both the selection electrode 36 and the control electrode 35 are set to the potential of + 5V, and the drain R of the selection transistor 34 is supplied with the read potential R of + 5V. When the selection electrode 36 is set to the potential of + 5V, the selection transistor 34 is turned on, and the read potential R of + 5V is applied to the drain of the data read transistor 33. Here, the floating gate electrode of the transistor 33 is shared with the erasing / writing element 21. Therefore, if electrons are injected into the floating gate electrode (second electrode 19) in advance, the threshold voltage is 5
The threshold voltage is set to a high value of V or higher, and the threshold voltage is set to a low value of 5 V or lower if electrons are emitted from the floating gate electrode. Then, when a potential of +5 V is applied to the control electrode 35, the transistor 33 is turned on or off depending on the electron injection state of the floating gate electrode of the transistor 33. When the transistor 33 is on, the + 5V read potential R applied to the drain is discharged to the ground potential, and when the transistor 33 is off, the + 5V read potential R applied to the drain is held as it is. .

第4図はこの発明の応用例回路の構成を示すものであ
る。この回路は、第3図のような構成のメモリセルを使
用して1ワードが8ビット構成のメモリを構築した場合
である。
FIG. 4 shows a configuration of an application circuit of the present invention. This circuit is a case where a memory having a structure of 8 bits for one word is constructed by using the memory cells having the structure shown in FIG.

図において、前記第3図のような構成のメモリセル40が
行列状に配列されている。これらのメモリセル40では、
同一行に配置された各メモリセル40の選択電極36がロウ
デコーダの出力が供給されるm本のワード線のうちの一
本に共通に接続されている。さらに、同一行に配置され
たメモリセル40は、それぞれ1ワードのビット数に対応
した8個を1ブロックとしてnブロックに分割されてい
る。このnの数はカラムデコーダの出力に対応してい
る。そして、各ブロック内の8個のメモリセル40の制御
電極35は、対応する行のワード線の信号がゲート電極に
供給されているデプレッション型のMOSトランジスタ
41と、対応する列の列選択線が1C〜nCの信号がゲー
ト電極に供給されているデプレッション型のMOSトラ
ンジスタ42とを直列に介して電位Vpp/Vccの供給
点に接続されている。
In the figure, the memory cells 40 having the structure shown in FIG. 3 are arranged in a matrix. In these memory cells 40,
The selection electrodes 36 of the memory cells 40 arranged in the same row are commonly connected to one of the m word lines to which the output of the row decoder is supplied. Further, the memory cells 40 arranged in the same row are divided into n blocks with 8 blocks each corresponding to the bit number of 1 word as 1 block. The number of n corresponds to the output of the column decoder. The control electrode 35 of the eight memory cells 40 in each block is a depletion type MOS transistor in which the signal of the word line of the corresponding row is supplied to the gate electrode.
The column selection line of the corresponding column is connected to the supply point of the potential Vpp / Vcc via the depletion type MOS transistor 42 in which signals of 1C to nC are supplied to the gate electrode in series.

また、一つのブロック内の8個のメモリセル40内の各選
択用トランジスタ32のドレインは、対応する列の列選択
線Cの信号が並列的にゲート電極に供給されている8個
のエンハンスメント型のMOSトランジスタ43を介して
各消去/書込み用電位E/Wに接続されている。さら
に、一つのブロック内の8個のメモリセル40内の各選択
用トランジスタ34のドレインは、対応する列の列選択線
Cの信号が並列的にゲート電極に供給されている8個の
エンハンスメント型のMOSトランジスタ44を介して各
読出し用電位Rに接続されている。
Further, the drains of the respective selection transistors 32 in the eight memory cells 40 in one block have eight enhancement types in which the signal of the column selection line C of the corresponding column is supplied to the gate electrodes in parallel. Is connected to each erase / write potential E / W via the MOS transistor 43. Further, the drains of the respective selection transistors 34 in the eight memory cells 40 in one block have eight enhancement types in which the signal of the column selection line C of the corresponding column is supplied to the gate electrodes in parallel. Is connected to each read potential R via the MOS transistor 44.

このような構成のメモリのプログラム動作時には、カラ
ムデコーダ及びロウデコーダそれぞれのいずれか一つの
出力が高電位Vppに設定される。これにより、トラン
ジスタ42と41を直列に介して、選択された列及び行に対
応したブロック内の8個のメモリセル40内の制御電極35
に高電位Vppが供給される。さらに、これら8個のメ
モリセル40内の消去/書込み用素子31の各ドレインに
は、トランジスタ43それぞれと内部の選択用トランジス
タ32それぞれを直列に介して各消去/書込み用電位E/
Wが供給される。その他の非選択状態のメモリセルで
は、制御電極35には高々2V程度であるデプレッション
型トランジスタ41の閾値電圧しか印加されず、かつカラ
ム選択用のトランジスタ43がオフ状態になるため、消去
/書込み用素子31のドレインには電位が印加されない。
In the program operation of the memory having such a configuration, one of the outputs of the column decoder and the row decoder is set to the high potential Vpp. As a result, the control electrodes 35 in the eight memory cells 40 in the block corresponding to the selected column and row are connected through the transistors 42 and 41 in series.
Is supplied with a high potential Vpp. Further, the erasing / writing potentials E / are connected to the drains of the erasing / writing elements 31 in the eight memory cells 40 via the transistors 43 and the internal selection transistors 32 in series.
W is supplied. In the other memory cells in the non-selected state, only the threshold voltage of the depletion type transistor 41, which is about 2 V at most, is applied to the control electrode 35, and the transistor 43 for column selection is turned off. No potential is applied to the drain of the element 31.

このように、上記実施例のメモリセルでは従来のような
半選択状態のものは発生しない。このため、長期間の使
用による消去及び書込みサイクルが繰返し行われても、
非選択セルでのデータ破壊は生じない。この結果、信頼
性の大幅な向上を図ることができる。
As described above, the memory cell of the above-described embodiment does not have the conventional half-selected state. Therefore, even if the erase and write cycles are repeated due to long-term use,
Data destruction does not occur in non-selected cells. As a result, the reliability can be significantly improved.

[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、半選択状態に
されるセルをなくすことができ、もって信頼性の向上を
図ることができる不揮発性半導体記憶装置を提供するこ
とができる。
[Effect of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to provide a non-volatile semiconductor memory device that can eliminate cells in a half-selected state and can improve reliability. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例のメモリセルの構成を示す
パターン平面図、第2図はその断面図、第3図は第1図
のメモリセルの等価回路図、第4図は上記実施例の応用
例回路の回路図、第5図は従来のメモリセルの断面図、
第6図は第5図のメモリセルを使用したメモリセルアレ
イの概略的な回路図である。 10……基板、11,12,13,14,15……拡散層、16,20,
21……絶縁膜、17……第2電極、18……ダイレクト・コ
ンタクト部、19……第1電極、22……第3電極、23……
第4電極、31……消去/書込み用素子、32……選択用ト
ランジスタ、33……データ読出し用トランジスタ、34…
…選択用トランジスタ、35……制御電極、36……選択電
極、41,42……デプレッション型のMOSトランジス
タ、43,44……カラム選択用のトランジスタ。
FIG. 1 is a pattern plan view showing the structure of a memory cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view thereof, FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the memory cell of FIG. 1, and FIG. Circuit diagram of application circuit of example, FIG. 5 is a sectional view of a conventional memory cell,
FIG. 6 is a schematic circuit diagram of a memory cell array using the memory cell of FIG. 10 ... Substrate, 11, 12, 13, 14, 15 ... Diffusion layer, 16, 20,
21 ... Insulating film, 17 ... Second electrode, 18 ... Direct contact part, 19 ... First electrode, 22 ... Third electrode, 23 ...
Fourth electrode, 31 ... Erase / write element, 32 ... Selection transistor, 33 ... Data reading transistor, 34 ...
… Transistor for selection, 35 …… Control electrode, 36 …… Selection electrode, 41,42 …… Depletion type MOS transistor, 43,44 …… Transistor for column selection.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神崎 晃一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−265869(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Koichi Kanzaki 1 Komukai Toshiba-cho, Kouki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Toshiba Research Institute Co., Ltd. (56) Reference JP-A-61-265869 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型の半導体基板と、 上記基板内に形成された第2導電型の第1拡散層と、 上記第1拡散層と所定の距離を隔てて形成され、プログ
ラム用電位が供給される第2導電型の第2拡散層と、 上記基板内に形成され、基準電位が供給される第2導電
型の第3拡散層と、 上記第3拡散層と所定の距離を隔てて形成された第2導
電型の第4拡散層と、 上記第4拡散層と所定の距離を隔てて形成され、読出し
用電位が供給される第2導電型の第5拡散層と、 上記第1拡散層と重なるように絶縁膜を介して設けら
れ、かつ一部が上記第3、第4拡散層相互間に位置する
ように延長され、電気的に浮遊状態に設定された第1電
極と、 上記第1電極及び第1拡散層それぞれと重なるように絶
縁膜を介して設けられ、上記第3拡散層と接続された第
2電極と、 上記第1電極と重なるように絶縁膜を介して設けられた
第3電極と、 上記第1、第2拡散層相互間のチャネル領域上及び上記
第4、第5拡散層相互間のチャネル領域上に連続して絶
縁膜を介して設けられた第4電極 とを具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装
置。
1. A first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type first diffusion layer formed in the substrate, and a programming potential formed at a predetermined distance from the first diffusion layer. A second diffusion layer of a second conductivity type to which is supplied, a third diffusion layer of a second conductivity type that is formed in the substrate and is supplied with a reference potential, and a predetermined distance from the third diffusion layer. A fourth diffusion layer of the second conductivity type formed by the above, a fifth diffusion layer of the second conductivity type which is formed at a predetermined distance from the fourth diffusion layer and to which a read potential is supplied, A first electrode which is provided so as to overlap the first diffusion layer with an insulating film interposed between them and which is extended so that a part thereof is located between the third and fourth diffusion layers and which is set in an electrically floating state; , Provided via an insulating film so as to overlap with each of the first electrode and the first diffusion layer, and connected to the third diffusion layer. The second electrode formed on the channel region between the first and second diffusion layers and the third electrode provided via the insulating film so as to overlap the first electrode, and the fourth and fifth diffusions. A non-volatile semiconductor memory device, comprising: a fourth electrode continuously provided on a channel region between layers via an insulating film.
【請求項2】前記第1、第2、第3及び第4電極がそれ
ぞれ多結晶シリコン層で構成されている特許請求の範囲
第1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein each of the first, second, third and fourth electrodes is composed of a polycrystalline silicon layer.
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